SRON-wetenschappers hebben het signaal van 37 TES-pixels tegelijkertijd uitgelezen op een resolutie van 2,2 eV voor röntgenstraling (6 keV). Het is de eerste keer dat een simultane uitlezing voldoet aan de vereisten van toekomstige ruimtetelescopen op het niveau van Athena wat betreft zowel aantal pixels als energieresolutie. In 2020 zette SRON al een wereldrecord van 1,3 eV energieresolutie voor röntgenstraling met TES, maar alleen met de uitlezing van één pixel.
gevoelige thermometers
Transition Edge Sensors (TES) worden ontwikkeld voor ruimteonderzoek omdat ze de energie van losse fotonen veel beter kunnen bepalen dan conventionele spectrometers. Bijvoorbeeld om het spectrum te meten van verre clusters van sterrenstelsels. TES-detectoren werken bij temperaturen nabij het absolute nulpunt, wat ze supergeleidend maakt. Door ze te laten balanceren op de grens tussen supergeleiding en de normale geleidingstoestand, kunnen we ze gebruiken als gevoelige thermometers. De energie van een enkel foton is voldoende om het materiaal genoeg op te warmen om de balans richting normale toestand te tippen. Dit wordt uitgelezen als een verandering in de stroom die door de detectoren vloeit, proportioneel aan de energie van het inkomende foton.
multiplexing
Door het gelimiteerde elektrische en koelende vermogen in de ruimte, is het noodzakelijk voor ruimte-instrumenten om meerdere pixels via hetzelfde kanaal uit te lezen. Dit heet multiplexing. SRON ontwikkelt TES-technologie gebaseerd op een systeem dat pixels ook nog tegelijkertijd uitleest, genaamd Frequency Domain Multiplexing (FDM). Dit voorkomt oververhitting die optreedt wanneer elke pixel tegelijkertijd via zijn eigen bedrading zou worden uitgelezen. Een publicatie in Applied Physics Letters, met eerste auteur Hiroki Akamatsu, beschrijft nu het simultaan uitlezen van 37 pixels op een energieresolutie van 2,2 eV, aansluitend bij de eigenschappen van Athena’s X-IFU instrument. De technologie staat niet op de planning om te dienen als X-IFU’s uitleessysteem, maar kan worden gebruikt voor andere sterrenkundige projecten, zoals HUBS (zachte röntgenstraling; grote structuren in het heelal) en LiteBIRD (microgolven; kosmische achtergrondstraling), plus grondtelescopen.
Publicatie
H. Akamatsu, D. Vaccaro, L. Gottardi, J. van der Kuur, C.P. de Vries, M. Kiviranta, K. Ravensberg, M. D’Andrea, E. Taralli, M. de Wit, M.P. Bruijn, P. van der Hulst, R. H. den Hartog, B-J. van Leeuwen, A.J. van der Linden, A.J McCalden, K. Nagayoshi, A.C.T. Nieuwenhuizen, M.L. Ridder, S. Visser, P. van Winden, J.R. Gao, R.W.M. Hoogeveen, B.D. Jackson, and J-W.A. den Herder, ‘Demonstration of MHz frequency domain multiplexing readout of 37 transition edge sensors for high-resolution X-ray imaging spectrometers’, Applied Physics Letters (Vol.119, Issue 18)